IPv6传感器网络中邻居发现协议的研究与实现

摘要

无线传感器网络(WSN)是当今的热门研究领域之一,如何将IPv6协议与传感器网络结合也成为其中的一个重要议题。IETF6LoWPAN(IPv6 over IEEE802.15.4的简称)工作组,致力于完成IPv6数据包在IEEE802.15.4网络上的传输。6LoWPAN体系结构中邻居发现协议(NDP)是一个关键技术,其主要功能大多都是通过IP组播实现的,但是过度的采用IP组播的邻居发现过程会造成大量的节点能量消耗。因此,必须在保证邻居发现协议基本功能的前提下,对原有的NDP协议的功能和协议行为进行适当的简化和修改,使其满足无线传感器网络低功耗和低资源的设计要求。
　　 本文分析了IPv6邻居发现协议在LoWPAN网络中面临的主要困难,介绍了6LoWPAN工作组在邻居发现机制上的研究与进展情况,指出当前工作中存在组播报文运用方面的不足。在此基础上,本文从抑制IPv6组播报文使用和改进MAC层广播控制两个方面,对6LoWPAN网络中邻居发现协议机制进行研究与改进。首先以减少组播报文为目的,在保证邻居发现主要功能实现的基础上,提出了两种报文的交互方式：一种是主机主动方式,目的是避免周期性组播路由器通告报文；一种是路由器主动方式,目的是降低组播路由器请求报文的频率。论文详细讨论了两种报文交互方式的实现方法,对比分析了两种方式的实现效率。此外,简化了现有邻居发现草案中邻居状态之间的维护过程,提出了新的邻居状态维护的方案。其次在IP组播与MAC层广播转换方法的基础之上,加入了广播风暴的控制机制,节点通过记录转发过的广播报文,避免了重复转发,从而控制底层广播风暴的产生。通过仿真实验,验证了广播转换方法与广播控制机制的结合使用,可以抑制网络中报文数量的产生。最后在基于TinyOS的6LoWPAN平台blip之上,实现了本文提出的邻居发现报文交互方式,验证了改进后的邻居发现协议的可行性,分析说明了改进后的邻居发现协议在报文数量控制和能量消耗上的优势。